论文部分内容阅读
低噪声高信噪比的光电探测器已广泛应用于通信、遥感、天文观测、医学成像、国土安全、无损检测等弱光信号检测领域。其中异质结光电晶体管（HPTs）与主流的弱光信号探测器PIN光电二极管（PIN-PDs）和雪崩光电二极管（APDs）相比,它可以在无雪崩噪声的情况下提供较大的内部增益,并且能在低偏置电压下以线性方式工作,因此得到了广泛的关注,甚至在某些领域具有超越PIN-PDs和APDs的潜力。与发射区基区面积比为1的异质结光电晶体管相比,发射区缩小的异质结光晶体管具有更高的光学增益。为了定量地描述器件发射区基区面积比与光增益之间的关系,并找出器件面积比的最佳取值,我们通过推导得到了光增益与面积比的表达式,并给出了光增益随器件面积比的变化曲线。在此基础上,考虑到Ga As基材料的外延和器件工艺都相对成熟,我们首先设计了5组Ga As基的不同面积比HPTs器件,测试其输出特性,并对数值分析结果进行验证。结果显示,测试得到的实验值与理论推导得到的变化曲线拟合的较好,两者都证实了面积比越小的器件光增益越大。面积比为0.0625的器件具有最高的光学增益,比面积比为1的器件的光学增益大两个数量级。然而,面积比为0.0625的器件的暗电流却是面积比为1的器件暗电流的40倍。所以,可以通过计算器件的信噪比（SNRs）,得到器件面积比的最优取值为0.16,该器件的信噪比是面积比为1的30倍。这一结论改善了HPTs器件的输出特性,为器件的几何结构设计提供了一种方法。进一步地,为了降低器件的暗电流水平,我们探究了SU-8作为钝化层对光电探测器性能的影响。考虑到Ga Sb光电二极管结构简单,且相较于其他材料的二极管器件暗电流更大。因此,我们首先测试了不同尺寸的台面面积和钝化层厚度的Ga Sb光电二极管的暗电流密度,发现其在钝化层厚度为3.01μm处存在极值（最小值）。此时的暗电流密度与未钝化器件相比降低了二十倍(9.80×10-6A/cm2)。同时,该钝化后器件的表面电阻率为854Ω·cm,提高了六倍;量子效率为36.3%,大约提高了一倍。但是,具有更厚或更薄的钝化层的钝化器件却出乎意料地显示出比未钝化器件更高的暗电流密度,这说明,SU-8钝化层在制备的过程会引入应力,应力有可能加剧器件的表面漏电流。所以在器件钝化中应小心处理钝化层所带来的应力。最后,我们将该钝化方法应用在In P基HPT上。钝化后器件BC结的暗电流降低了61.2%,量子效率提高了58.1%。对于发射区基区面积比最小的HPT器件,其暗电流密度降低了一个数量级,增益提高了34%。对于信噪比最大的HPT器件,相比于钝化前,器件的信噪比提高了两倍。由此可知,SU-8钝化层一方面可以通过改善器件的表面情况降低BC结的暗电流,提高其量子效率;另一方面可以通过降低器件的表面复合系数,提高器件的增益和信噪比。这也再次证明了SU-8作为钝化层的可行性,为其他光电探测器的表面处理和钝化提供了一种方法。